電源布局和電源結(jié)構(gòu)亟待調(diào)整優(yōu)化
長期以來，我國大區(qū)電網(wǎng)存在電源分布不合理，造成電源結(jié)構(gòu)（基、腰、峰荷電源）性矛盾，即電網(wǎng)嚴(yán)重缺調(diào)峰電源，是當(dāng)前阻礙節(jié)能減排的根源，且未引起決策部門重視。
我國電力一次能源結(jié)構(gòu)中，水電占有20%多，煤電70%多，其它核、抽水蓄能、燃?xì)怆姀S極少，合起來不足10%，因此煤發(fā)電量占總發(fā)電量80%以上，二氧化碳和二氧化硫排放自然大。風(fēng)能、太陽能等綠色能源只是最近幾年才迅速發(fā)展。
一次能源結(jié)構(gòu)不合理必然導(dǎo)致電源結(jié)構(gòu)不合理。我國水電占20%多，且多是徑流，西南大水電發(fā)電年利用4000小時以上，汛期大發(fā)，帶基荷，供水期可提供調(diào)峰也不足10%。特別是上世紀(jì)90年代以來，電網(wǎng)進(jìn)入超高壓、大電網(wǎng)、大機(jī)組時期，執(zhí)行“以大代小”、“以煤代油”政策；使得原一天內(nèi)可開停作主力調(diào)峰的小火電近億千瓦，逐年關(guān)停，至2010年已關(guān)停8100萬千瓦，但卻沒有規(guī)劃補(bǔ)建峰荷電源，致使調(diào)峰矛盾凸顯，至今時過20年，矛盾依舊，實(shí)屬決策失誤。新發(fā)展熱電機(jī)組又沒有嚴(yán)格執(zhí)行國家“以熱定電”的原則，機(jī)組多為30萬千瓦，打孔抽汽的一般只允許調(diào)峰10%。低碳大機(jī)組合理調(diào)峰率為20%，現(xiàn)有水、火電可調(diào)峰率共約為總電源20%，遠(yuǎn)不能滿足電網(wǎng)40%～50%峰谷差的調(diào)整要求。
因此，多年來一直迫使超臨界和超超臨界的60～100萬千瓦機(jī)組低谷時壓負(fù)荷到50%亞臨界運(yùn)行，使低碳機(jī)組高碳運(yùn)行。如繼續(xù)增建低碳煤電大機(jī)組，必將繼續(xù)強(qiáng)迫非常規(guī)調(diào)峰，豈不惡性循環(huán)。目前各大區(qū)電網(wǎng)都出現(xiàn)缺電，其主因是煤炭平衡工作沒做好，煤炭漲價(jià)電價(jià)不變，實(shí)際更是缺調(diào)峰電源，估計(jì)約占總電源的15%～20%。因此調(diào)整電源布局和電源結(jié)構(gòu)已迫在眉睫。
歐洲風(fēng)電調(diào)峰模式可供借鑒
據(jù)歐洲風(fēng)能協(xié)會研究報(bào)告的觀點(diǎn)，電網(wǎng)接納更多風(fēng)電是經(jīng)濟(jì)性和政策性問題,不是技術(shù)水平和運(yùn)行問題，德、法、丹麥、西班牙等國對風(fēng)電并網(wǎng)以及電網(wǎng)如何適應(yīng)作了深入研究，結(jié)論是，風(fēng)電容量可占電網(wǎng)比例超過20%。其經(jīng)驗(yàn)分析如下：
風(fēng)電與抽水蓄能配套、風(fēng)電出力預(yù)報(bào)、電價(jià)政策——西班牙風(fēng)電強(qiáng)勁發(fā)展。
西班牙風(fēng)電裝機(jī)占總裝機(jī)20%，發(fā)電量占8.7%，核電15%，抽水蓄能約10%，為開發(fā)EIHierro島、Canary島風(fēng)能，建相應(yīng)抽水蓄能與之聯(lián)合運(yùn)行，風(fēng)電場風(fēng)電功率預(yù)測是強(qiáng)制性的，與電價(jià)掛鉤。
風(fēng)電與抽水蓄能配套，加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)——德國風(fēng)電積極發(fā)展。
德國風(fēng)電占總裝機(jī)17%，電量占總7%，水電比重很低，消納風(fēng)電措施除與歐洲電網(wǎng)強(qiáng)聯(lián)外，建設(shè)超過10%抽水蓄能，就地調(diào)峰平衡，因峰荷遠(yuǎn)距離輸送增加網(wǎng)損。
其海上風(fēng)電接入系統(tǒng)也走在世界前沿，裝機(jī)40萬千瓦、離岸超100千米的Borkum-2風(fēng)電場，用輕型直流電技術(shù)接入電網(wǎng)，因價(jià)高，我國仍采用交流接網(wǎng)。
多能互補(bǔ)，法國積極發(fā)展風(fēng)電。
法國是核電大國，有一定水電，其中抽水蓄能比重約占總電源13%，電源結(jié)構(gòu)較優(yōu)，為風(fēng)電發(fā)展提供了條件。規(guī)劃2020年風(fēng)電裝機(jī)達(dá)2500萬千瓦，其中1900萬千瓦為近岸風(fēng)電場。法水電資源豐富，已開發(fā)92%，已有十幾座抽水蓄能電站，最大180萬千瓦，都是可逆式的，既節(jié)省投資，又節(jié)約場地，今后繼續(xù)發(fā)展這種電站。
丹麥通過錯峰，利用挪威水電蓄能提高風(fēng)電利用率。
丹麥風(fēng)電裝機(jī)已達(dá)總?cè)萘?5%，發(fā)電量占16%，規(guī)劃2025年風(fēng)電比重達(dá)50%。其風(fēng)電發(fā)展措施有擴(kuò)大電網(wǎng)容量，強(qiáng)化風(fēng)電預(yù)測，發(fā)展智能電網(wǎng)。全國電網(wǎng)與北歐強(qiáng)大電網(wǎng)相聯(lián)，使風(fēng)電自如地輸送到全國及鄰國，而用電需求方的對接行動是抽水蓄能、熱電聯(lián)產(chǎn)以及大力發(fā)展電動汽車產(chǎn)業(yè)等。丹麥南部有眾多火電，北有水電大國挪威（其電力98%來自水電），通過丹麥挪威間海底電纜，可很好實(shí)現(xiàn)匹配調(diào)峰，使挪威成為理想的抽水蓄能國度。
我國南方電網(wǎng)公司2006年成立調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電公司，2009年派專家到日本考察抽水蓄能發(fā)展歷史和運(yùn)營現(xiàn)狀。目前廣東電網(wǎng)有2個240萬千瓦的抽水蓄能電站，占廣東電網(wǎng)8%，在建4座共760萬千瓦，2015年將達(dá)10%。
近年，政府給予國網(wǎng)公司建設(shè)抽水蓄能的權(quán)力執(zhí)行力度不夠，蓄能電站比例不足2%，合理的比例應(yīng)保持10%。電源結(jié)構(gòu)要優(yōu)化，必須大力發(fā)展抽水蓄能，才能適應(yīng)風(fēng)電、核電發(fā)展和火電大機(jī)組的高效運(yùn)行。
關(guān)于規(guī)劃大區(qū)受端電網(wǎng)
調(diào)峰電源的五個觀點(diǎn)
一、大電網(wǎng)必須有專用的調(diào)峰電源。
二、峰荷電源盡可能就地平衡，大中小結(jié)合，分區(qū)分層接入電網(wǎng)。
三、首選抽水蓄能，即頂峰又添谷。那種認(rèn)為只是與核電配合的觀點(diǎn)是片面的。
四、盡可能改擴(kuò)建老水電為抽水蓄能電站。
五、建燃?xì)庹{(diào)峰機(jī)組，利用小時取2000左右。
兩大問題待解決
國家第十二個五年計(jì)劃綱要中，第十一章指出“推動能源生產(chǎn)和利用方式變革”“堅(jiān)持節(jié)能優(yōu)先，立足國內(nèi)，多元發(fā)展，保護(hù)環(huán)境，加強(qiáng)國際互利合作，調(diào)整優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，建安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、清潔的現(xiàn)代能源產(chǎn)業(yè)體系”。為我們指出了能源電力發(fā)展方式轉(zhuǎn)變的方向和原則。
電力工業(yè)在滿足社會經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展需要前提下，必須盡快扭轉(zhuǎn)電源結(jié)構(gòu)不合理，節(jié)能減排任務(wù)重局面，抓緊實(shí)現(xiàn)電源結(jié)構(gòu)優(yōu)化，切實(shí)解決嚴(yán)重缺乏調(diào)峰電源問題。
在當(dāng)前廠網(wǎng)分開體制下，大電網(wǎng)分“電源、電網(wǎng)、配電（含用電）”三大塊，貫徹“節(jié)能減排”基本國策，電源是主要的，是決定性的。
當(dāng)前我國電源布局和電源結(jié)構(gòu)主要需解決兩大問題。
一是鑒于我國是能源輸入大國，為保安全，立足國內(nèi)，解決長遠(yuǎn)能源需求。在確保安全條件下加快發(fā)展核電，提升核電比例。我國研制成功的第四代快中子堆核利用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)核廢料循環(huán)利用和貧鈾礦開發(fā)利用，使鈾資源利用率提高60倍（由現(xiàn)有的核電站利用率1%提升至60%），解決了鈾資源短缺。以國內(nèi)探明的核資源，可供4～5億千瓦規(guī)模核電使用上百年。接受日本福島核電事故教訓(xùn)，加強(qiáng)地震海嘯防護(hù)，特別是加強(qiáng)廠用保安電源。東部沿海和內(nèi)地缺能省區(qū)都應(yīng)加快發(fā)展，這是解決一次能源大量缺口的唯一途徑，又減少輸能（煤、電）投資，節(jié)省輸能占地。
二是如何實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，扭轉(zhuǎn)電力系統(tǒng)電源結(jié)構(gòu)不合理局面。當(dāng)前東中部受端電網(wǎng)缺煤缺電，實(shí)際是更缺峰荷電源。
目前我國東中部電網(wǎng)，包括華北、山東、廣東電網(wǎng)，主要是缺調(diào)峰電源，故提出優(yōu)先大力發(fā)展風(fēng)電，配套建設(shè)抽水蓄能，形成風(fēng)抽水電為主的調(diào)峰電源，再選建一批燃?xì)獍l(fā)電，可利用城市附近關(guān)停的10～20萬千瓦機(jī)組的基礎(chǔ)，投資少，見效快，加上常規(guī)水電調(diào)峰10%，使峰荷電源不少于總電源35%，達(dá)到大幅度降低煤電裝機(jī)比重目的。以上是電力工業(yè)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變的首要措施。
已知我國東部沿海、山東及遼東半島、東北吉林、黑龍江、內(nèi)蒙東部和華北電網(wǎng)北部是風(fēng)電的豐富地區(qū)。抽水蓄能除上海外，東中部都有，東北就有3000萬千瓦的站址，已規(guī)劃好11處1250萬千瓦，每千瓦造價(jià)比煤電低15～20%。
風(fēng)蓄配合效果明顯
設(shè)取風(fēng)電（上網(wǎng)容量）、抽水蓄能各占受端電網(wǎng)總電源10%配合開發(fā)，其對電網(wǎng)巨大的效果是明顯的：
?。?）風(fēng)蓄配合的綠色能源20%，替代總電源20%的煤電裝機(jī)，如“十二五”末電源總規(guī)模15億千瓦，煤電則可少裝3億千瓦，使電源結(jié)構(gòu)改善后取得大幅度節(jié)能減排。并減少輸煤輸電壓力。
（2）風(fēng)蓄配合，既調(diào)峰又填谷，有力解決調(diào)峰矛盾，排除煤電高效機(jī)組低碳運(yùn)行狀況，提高負(fù)荷率，年利用小時可由目前的4000多升到6000多，使運(yùn)行機(jī)組大幅節(jié)能減排。且減少磨損，安全運(yùn)行。
?。?）水電風(fēng)電年度分布特性：冬春季雨少風(fēng)多，正是水庫供（或枯）水期，且是風(fēng)電大發(fā)期；汛期雨多風(fēng)少正是水電大發(fā)，用抽水蓄能吸收西部低谷時棄水電量，南方電網(wǎng)已實(shí)現(xiàn)。風(fēng)電設(shè)備可大修，實(shí)現(xiàn)風(fēng)水互補(bǔ)，利用電網(wǎng)低谷的棄風(fēng)抽水，推動風(fēng)電發(fā)展。
?。?）受端電網(wǎng)中建抽水蓄能，可讓西部直流送來的輸電通道帶基荷，輸送電力年利用小時可由設(shè)計(jì)5000小時提高到7500小時，則3通道可以替代4通道，節(jié)省大量投資。
?。?）抽水蓄能在電網(wǎng)中調(diào)頻調(diào)相黑啟動事故備用等，有利于提高電網(wǎng)抵御自然災(zāi)害，軍事打擊，恐怖活動的能力。
?。?）抽水蓄能增加受端電源支持，提高電網(wǎng)穩(wěn)定性，特別是提供防止電壓崩潰的動態(tài)無功。
近幾年各省區(qū)風(fēng)電開發(fā)迅猛，分散開發(fā)方式全國已突破5000萬千瓦，其中酒泉集中開發(fā)1000萬千瓦并于西北750千伏電網(wǎng)，東北于6月底已達(dá)1500萬千瓦，日發(fā)電1.3億千瓦時，華北電網(wǎng)已超過1000萬千瓦。電網(wǎng)低谷用電時，風(fēng)電被關(guān)停情況下，東北電網(wǎng)2010年風(fēng)電量達(dá)10%。
風(fēng)電、抽水蓄能技術(shù)成熟，儲能效率、工程造價(jià)、使用壽命及總體對環(huán)境影響方面都具有明顯優(yōu)勢，上海東海大橋100兆瓦海上風(fēng)電于2010年投運(yùn)，國外專家評論，中國已具備獨(dú)立發(fā)展海上風(fēng)電能力。
我國應(yīng)首先大力發(fā)展東部沿海、中部幾大受端電網(wǎng)內(nèi)的風(fēng)電。大中小結(jié)合，一是各網(wǎng)省區(qū)分散開發(fā)，就近上網(wǎng)。二是規(guī)模百萬、千萬千瓦級開發(fā)，關(guān)鍵需解決風(fēng)電并網(wǎng)和蓄能問題，將大風(fēng)電盡量利用各水電線路送出，再在受端大城市附近建風(fēng)抽蓄水電站（利用棄風(fēng)），互相推動，互為補(bǔ)償。
東中部沿海的華東、華中、山東、廣東、福建電網(wǎng)以及東北、華北電網(wǎng)，風(fēng)電資源豐富，除上海外，各省區(qū)都有抽水蓄能站點(diǎn)。應(yīng)優(yōu)先開發(fā)，充分開發(fā)本地綠色能源。這正是優(yōu)化能源布局的需要。
大電網(wǎng)易于接納風(fēng)電：
?。?）大風(fēng)電可分組直接并入鄰近的大區(qū)受端超高壓網(wǎng)架，與其它電源一樣，直接供用戶使用，其波動性，間隙性在大電網(wǎng)中易于接納吸收，因有水、火電機(jī)組AGC配合，其綜合可調(diào)容量足夠適應(yīng)；抽水蓄能更有快速負(fù)荷跟蹤能力，可有效減少風(fēng)電場對電網(wǎng)的沖擊。
?。?）每日電網(wǎng)兩個低谷用電時段，利用棄風(fēng)抽水蓄能（盡力在大城市附近建廠址），雖是4度換3度（美國已有5度換4度的報(bào)道），但轉(zhuǎn)換成可貴的峰荷電源，而且是雙倍的綠色的峰荷電源（如用煤電抽水，則排放不減），從而推動風(fēng)電發(fā)展并充分提高風(fēng)電利用率。
以上節(jié)能減排效果是巨大的，實(shí)現(xiàn)了電源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，是電力發(fā)展方式轉(zhuǎn)變的重大措施。
作者簡介
黃英矩：原東北電網(wǎng)調(diào)度局副總工，享受國務(wù)院特殊津貼電網(wǎng)專家，教授級高工。
郭象容：原東北電網(wǎng)副總工，享受國務(wù)院特殊津貼電網(wǎng)專家，教授級高工。
蔣建民：原東北電網(wǎng)副總工，享受國務(wù)院特殊津貼電網(wǎng)專家，教授級高工。
蒙定中：原電力部生產(chǎn)司教授級高工，國際大電網(wǎng)CIGRE和美IEEE會員。
